Calor y temperatura: conceptos esenciales, tablas de conversión y ejercicios resueltos

Calor y temperatura: conceptos, tabla de conversiones y problemas

Definiciones y conceptos

1. ¿Qué se entiende por calor que posee un cuerpo?

Respuesta: Forma de energía que posee un cuerpo a nivel microscópico; corresponde a la energía cinética de todas las moléculas que componen el cuerpo.

2. ¿Qué se entiende por la temperatura que posee un cuerpo?

Respuesta: Corresponde al grado de energía cinética promedio de las moléculas que componen el cuerpo (mayor o menor).

3. ¿Qué es una caloría?

Respuesta: Es la cantidad de calor necesaria para elevar 1 g de agua pura en 1 °C (definición de caloría térmica).

4. ¿La masa que posee un cuerpo importa para su temperatura o para la cantidad de calor que posee?

Respuesta: La masa no determina por sí misma la temperatura de un cuerpo, pero sí es determinante en la cantidad de calor que el cuerpo puede almacenar o ceder. La energía térmica total depende de la masa, la capacidad calorífica y la variación de temperatura.

Nota original corregida: Búsquenla porque Jota no la encontró. (jaja)

5. ¿Qué se entiende por equilibrio térmico entre cuerpos?

Respuesta: Cuando dos cuerpos en contacto térmico llegan a la misma temperatura, se dice que están en equilibrio térmico. El calor fluye naturalmente del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta alcanzar ese equilibrio.

6. ¿Cómo definimos el 0 °C?

Respuesta: El 0 °C corresponde a la temperatura de fusión del agua (cambio entre estado sólido y líquido) a la presión atmosférica normal.

7. ¿Cómo definimos 100 °C?

Respuesta: El 100 °C corresponde a la temperatura de ebullición del agua (cambio entre estado líquido y gaseoso) a la presión atmosférica normal.

8. ¿Cómo se define el cero absoluto?

Respuesta: El cero absoluto es la temperatura hipotética en la que la energía cinética de las moléculas es, en teoría, prácticamente nula. En la escala Kelvin corresponde a 0 K (equivalente a −273,15 °C).

Tabla de temperaturas (valores tal como aparecen en el documento)

Problemas

Problema 1

8 litros de agua se ponen al sol, subiendo su temperatura de −5 °C a 5 °C. Determinar la cantidad de calor que capta del ambiente esta cantidad de agua.

• M = 8 L = 8000 g
• T1 = −5 °C
• T2 = 5 °C
• C (agua) = 1 cal / (g·°C)

Fórmula: Q = M · C · (T2 − T1)

Cálculo:

Q = 8000 g · 1 cal/(g·°C) · (5 °C − (−5 °C))

Q = 8000 · 1 · 10 = 80 000 cal

Respuesta: Los 8 L de agua, al aumentar su temperatura en 10 °C, captan del ambiente 80 000 cal.

Problema 2

El calor específico de un cierto material es de 10 cal/(g·°C). Si se tiene un bloque de 20 kg de este material que disminuye su temperatura de 80 °C a −20 °C, determinar la cantidad de calor cedida al ambiente.

• M = 20 kg = 20 000 g
• T1 = 80 °C
• T2 = −20 °C
• C = 10 cal/(g·°C)

Fórmula: Q = M · C · (T2 − T1)

Cálculo:

ΔT = T2 − T1 = −20 °C − 80 °C = −100 °C

Q = 20 000 g · 10 cal/(g·°C) · (−100 °C)

Q = −20 000 000 cal

Respuesta: El bloque cedió al ambiente 20 000 000 cal (el signo negativo indica pérdida de calor).

Problema 3

Un bloque de masa 10 kg está a 5 °C y capta del ambiente 1000 cal. Obtener su temperatura final.

Nota: En el documento original no se indica el calor específico del material. Sin el valor de la capacidad calorífica (C) no es posible calcular la temperatura final. Falta ese dato.

Problema 4

Obtener la masa de un bloque de aluminio si, al subir su temperatura en 50 °C, capta del ambiente 10 000 cal.

Nota: Para resolver es necesario conocer el calor específico del aluminio (C ≈ 0,217 cal/(g·°C) es el valor típico). En el documento original no se especifica; por tanto, falta ese dato para calcular la masa.

Observación final (texto original corregido): Chiquillas, esos 2 problemas faltan. Jota no los pudo hacer; habrá que conseguirlos.